ГОСТ Р 55990-2014. Национальный стандарт Российской Федерации. Месторождения нефтяные и газонефтяные. Промысловые трубопроводы. Нормы проектирования

12.7. Расчет надземных трубопроводов

12.7.1. Надземные трубопроводы могут представлять собой следующие конструкции:

- балочные;

- шпренгельные;

- арочные;

- висячие;

- вантовые;

- мостовые фермы.

12.7.2. Надземные (открытые) трубопроводы следует проверять на прочность, общую устойчивость и выносливость (при колебаниях в ветровом потоке).

12.7.3. Надземные трубопроводы должны проектироваться с учетом возможного пропуска по ним ВТУ, а также заполнения водой при гидравлических испытаниях.

12.7.4. Продольные усилия, изгибающие и крутящие моменты в надземных трубопроводах различных систем прокладки (балочных, шпренгельных, вантовых, висячих, арочных и др.) следует определять в соответствии с общими правилами строительной механики. При этом трубопровод рассматривается как стержень (прямолинейный или криволинейный).

При наличии изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях расчет следует производить по их равнодействующей. В расчетах необходимо учитывать геометрическую нелинейность системы.

12.7.5. При определении продольных усилий и изгибающих моментов в надземных трубопроводах следует учитывать изменения расчетной схемы в зависимости от метода монтажа трубопровода. Изгибающие моменты в бескомпенсаторных переходах трубопроводов необходимо определять с учетом продольно-поперечного изгиба. Расчет надземных трубопроводов должен производиться с учетом перемещений трубопровода на примыкающих подземных участках трубопроводов.

12.7.6. Балочные системы надземных трубопроводов должны рассчитываться с учетом трения на опорах, при этом принимается меньшее или большее из возможных значений коэффициента трения в зависимости от того, что опаснее для данного расчетного случая.

12.7.7. Трубопроводы балочных, шпренгельных, арочных и висячих систем с воспринимаемым трубопроводом распором должны быть рассчитаны на общую устойчивость в плоскости наименьшей жесткости системы.

12.7.8. Расчетные величины продольных перемещений надземных участков трубопровода следует определять от максимального повышения температуры стенок труб (положительного расчетного температурного перепада) и внутреннего давления (удлинение трубопровода), а также от наибольшего понижения температуры стенок труб (отрицательного температурного перепада) при отсутствии внутреннего давления в трубопроводе (укорочение трубопровода).

12.7.9. С целью уменьшения размеров компенсаторов рекомендуется применять предварительную их растяжку или сжатие, при этом на чертежах должны указываться величины растяжки или сжатия в зависимости от температуры воздуха, при которой производится сварка замыкающих стыков.

12.7.10. Оценку общей устойчивости надземных участков трубопроводов следует выполнять в соответствии с правилами строительной механики для стержневых систем.

12.7.11. Пролет надземного балочного многопролетного участка трубопровода должен удовлетворять условиям статической прочности и аэродинамической устойчивости (условию отсутствия резонансных колебаний трубопровода в ветровом потоке).

12.7.12. Пролет надземного трубопровода следует определять для стадии его эксплуатации. В случае гидростатических испытаний трубопровода необходимо определить пролет для стадии испытаний или предусмотреть монтаж дополнительных временных опор на период испытаний.

12.7.13. Пролет надземного балочного многопролетного участка трубопровода L должен приниматься как меньшее из двух значений пролета:

- из условия статической прочности L_sta;

- из условия аэродинамической устойчивости L_dyn

 

L = min {L_sta; L_dyn}. (12.60)

 

12.7.14. Определение пролета из условия статической прочности

12.7.14.1. Пролет из условия статической прочности должен приниматься как меньшее из двух значений пролета, определяемых для растянутой , м, и сжатой , м, зон поперечного сечения, в котором действует максимальный изгибающий момент

 

(12.61)

 

12.7.14.2. Значения пролетов из условия статической прочности для растянутой и сжатой зон вычисляют соответственно по формулам:

 

(12.62)

 

(12.63)

 

(12.64)

 

(12.65)

 

где R_y - расчетное сопротивление растяжению (сжатию) материала труб по текучести, определяемое по формуле (12.2);

- понижающий коэффициент, учитывающий сложное напряженное состояние в соответствии с теорией Мизеса;

- кольцевое напряжение от внутреннего давления, определяемое по формуле (12.9), МПа;

W - момент сопротивления сечения трубопровода, м³;

q_sta - погонная нагрузка на трубопровод в расчете на статические нагрузки и воздействия, МН/м.

12.7.14.3. Погонная нагрузка на трубопровод q_sta, МН/м, в расчете на статические нагрузки и воздействия определяется как равнодействующая вертикальной и горизонтальной составляющих

 

(12.66)

 

12.7.14.4. Вертикальная составляющая погонной нагрузки q_sta, МН/м, вычисляется по формуле

 

(12.67)

 

где q_wgt - погонный вес трубы, МН/м;

q_ins - погонный вес изоляционного (противокоррозионного) покрытия, МН/м;

q_t.p. - погонный вес теплоизоляционного слоя, МН/м;

q_s.i. - погонный вес снега (или обледенения), МН/м;

q_liq - погонный вес перекачиваемого продукта, МН/м.

12.7.14.5. Для определения нагрузок, входящих в выражения (12.66) и (12.67), следует использовать формулы, приведенные в разделе 11.

12.7.15. Определение пролета из условий аэродинамической устойчивости

12.7.15.1. Пролет из условий аэродинамической устойчивости L_dyn, м, следует вычислять по формуле

 

(12.68)

 

где k - коэффициент учета числа пролетов (для многопролетной системы с числом пролетов более трех равен );

- конструкционный декремент колебаний (может принимать значения примерно от 0,1 до 0,001);

- коэффициент запаса по декременту колебаний (> 1);

c - аэродинамический коэффициент ;

- плотность воздуха в ветровом потоке ;

D_t.p. - диаметр трубопровода с учетом слоев изоляционного покрытия и теплоизоляции, м;

v₀ - скорость ветра нормативная, м/с;

E₀I - изгибная жесткость сечения трубопровода, МН·м²;

m - погонная масса трубопровода, кг/м.

12.7.15.2. Значения конструкционного декремента колебаний и коэффициента запаса по декременту колебаний следует определять на основании экспериментальных данных для конструктивных решений надземного трубопровода, идентичных с проектируемым.

Примечание. При отсутствии экспериментальных данных значения конструкционного декремента колебаний рекомендуется принимать равными для трубопроводов DN <= 200 и для трубопроводов DN > 200, а значение коэффициента запаса по декременту колебаний рекомендуется принимать равным независимо от диаметра трубопровода.

 

12.7.15.3. Нормативная скорость ветра v₀, м/с, вычисляется по формуле

 

(12.69)

 

где K - поправочный коэффициент, принимаемый равным K = 0,75, если ось трубопровода находится на высоте над поверхностью земли <= 5 м, и K = 1 при большей высоте;

w₀ - нормативное значение ветрового давления, Па, которое следует принимать согласно данным таблицы 11.1 свода правил, утвержденного Минрегионом России [19], в зависимости от ветрового района;

- плотность воздуха в ветровом потоке .

12.7.15.4. Погонную массу трубопровода m, кг/м, следует вычислять для опорожненного трубопровода по формуле

 

(12.70)

 

где q_wgt - погонный вес трубы, МН/м;

q_ins - погонный вес изоляционного (противокоррозионного) покрытия, МН/м;

q_t.p. - погонный вес теплоизоляционного слоя, МН/м.

12.7.16. Требования к расчету опор трубопроводов

12.7.16.1. Расчет оснований, фундаментов и самих опор следует производить по потере несущей способности (прочности и устойчивости положения) или непригодности к нормальной эксплуатации, связанной с разрушением их элементов или недопустимо большими деформациями опор, опорных частей, элементов пролетных строений или трубопровода.

12.7.16.2. Опоры (включая основания и фундаменты) и опорные части следует рассчитывать на передаваемые трубопроводом и вспомогательными конструкциями вертикальные и горизонтальные (продольные и поперечные) усилия и изгибающие моменты, определяемые от нагрузок и воздействий в наиболее невыгодных их сочетаниях с учетом возможных смещений опор и опорных частей в процессе эксплуатации.

При расчете опор следует учитывать глубину промерзания или оттаивания грунта, деформации грунта (пучение и просадка), а также возможные изменения свойств грунта (в пределах восприятия нагрузок) в зависимости от времени года, температурного режима, осушения или обводнения участков, прилегающих к трассе, и других условий.

12.7.16.3. Нагрузки на опоры, возникающие от воздействия ветра и от изменений длины трубопроводов под влиянием внутреннего давления и изменения температуры стенок труб, должны определяться в зависимости от принятой системы прокладки и компенсации продольных деформаций трубопроводов с учетом сопротивлений перемещениям трубопровода на опорах.

12.7.16.4. Нагрузки на неподвижные ("мертвые") опоры надземных балочных систем трубопроводов следует принимать равными сумме усилий, передающихся на опору от примыкающих участков трубопровода, если эти усилия направлены в одну сторону, и разности усилий, если эти усилия направлены в разные стороны. В последнем случае меньшая из нагрузок принимается с коэффициентом, равным 0,8. При равенстве усилий, направленных в разные стороны, горизонтальную нагрузку следует принимать с коэффициентом, равным 0,2.

12.7.16.5. Продольно-подвижные и свободно-подвижные опоры балочных надземных систем трубопроводов следует рассчитывать на совместное действие вертикальной нагрузки и горизонтальных сил или расчетных перемещений (при неподвижном закреплении трубопроводов к опоре, когда его перемещение происходит за счет изгиба стойки). При определении горизонтальных усилий на подвижные опоры необходимо принимать максимальное значение коэффициента трения.

В прямолинейных балочных системах без компенсации продольных деформаций необходимо учитывать возможное отклонение трубопровода от прямой. Возникающее в результате этого расчетное горизонтальное усилие от воздействия температуры и внутреннего давления, действующее на промежуточную опору перпендикулярно оси трубопровода, следует принимать равным 0,01 величины максимального эквивалентного продольного усилия в трубопроводе.

12.7.16.6. При расчете опор арочных систем, анкерных опор висячих и других систем следует производить расчет на возможность опрокидывания и сдвиг этих систем.